وفقًا للتقديرات الحالية ، يمكن أن يكون هناك ما يصل إلى 100 مليار كوكب في مجرة درب التبانة وحدها. لسوء الحظ ، فإن العثور على أدلة على هذه الكواكب أمر صعب ويستغرق وقتًا طويلاً. بالنسبة للجزء الأكبر ، يضطر علماء الفلك إلى الاعتماد على طرق غير مباشرة تقيس الانخفاضات في سطوع النجم (طريقة العبور) لقياسات دوبلر لحركة النجم الخاصة (طريقة السرعة الشعاعية).
التصوير المباشر صعب للغاية بسبب تأثير النجوم الملغي ، حيث يجعل سطوعها من الصعب تحديد الكواكب التي تدور حولها. لحسن الحظ ، توصلت دراسة جديدة بقيادة مركز المعالجة والتحليل بالأشعة تحت الحمراء (IPAC) في كالتيك إلى أنه قد يكون هناك اختصار للعثور على الكواكب الخارجية باستخدام التصوير المباشر. يزعمون أن الحل هو البحث عن أنظمة ذات قرص حطام محيط بالنجوم ، فمن المؤكد أن لديهم كوكبًا عملاقًا واحدًا على الأقل.
ظهرت الدراسة التي تحمل عنوان "مسح التصوير المباشر لأقراص الحطام المكتشفة من سبيتزر: حدوث الكواكب العملاقة في الأنظمة المغبرة" في الآونة الأخيرة في المجلة الفلكية. تيفاني ميشكات ، عالمة أبحاث مساعدة في IPAC / Caltech ، كانت المؤلفة الرئيسية للدراسة ، التي أجرتها أثناء عملها في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا كباحثة ما بعد الدكتوراه.
من أجل هذه الدراسة ، قامت الدكتورة مشكات وزملاؤها بفحص البيانات حول 130 نظامًا أحادي النجم مختلفة مع أقراص حطام ، ثم قارنوها بـ 277 نجمة لا يبدو أنها تستضيف الأقراص. تمت ملاحظة هذه النجوم كلها بواسطة تلسكوب سبيتزر الفضائي التابع لناسا وكانوا جميعًا صغارًا نسبيًا في السن (أقل من مليار سنة). من بين هذه الأنظمة الـ 130 ، تمت دراسة 100 منها سابقًا من أجل العثور على كواكب خارجية.
ثم تابعت الدكتورة مشكات وفريقها الأنظمة الثلاثين المتبقية باستخدام بيانات من W.M. مرصد كيك في هاواي والمرصد الأوروبي الكبير (ESO) التلسكوب الكبير جدًا (VLT) في تشيلي. في حين أنهم لم يكتشفوا أي كواكب جديدة في هذه الأنظمة ، ساعدت فحوصاتهم في وصف وفرة الكواكب في الأنظمة التي تحتوي على أقراص.
ما وجدوه هو أن النجوم الشابة التي تحتوي على أقراص حطام من المرجح أن يكون لها أيضًا كواكب خارجية عملاقة ذات مدارات واسعة من تلك التي لا تمتلكها. من المحتمل أيضًا أن يكون لهذه الكواكب خمسة أضعاف كتلة المشتري ، مما يجعلها "فائق المشتري". كما أوضح د. مشكات في بيان صحفي صدر مؤخرا عن وكالة ناسا ، فإن هذه الدراسة ستكون مفيدة عندما يحين وقت الباحثين عن الكواكب الخارجية لتحديد أهدافهم:
"إن بحثنا مهم لكيفية تخطيط المهام المستقبلية للنجوم التي يجب مراعاتها. تم العثور على العديد من الكواكب التي تم العثور عليها من خلال التصوير المباشر في أنظمة تحتوي على أقراص حطام ، والآن نعرف أن الغبار يمكن أن يكون مؤشرات لعوالم غير مكتشفة. "
قدمت هذه الدراسة ، التي كانت أكبر فحص للنجوم التي تحتوي على أقراص حطام متربة ، أفضل دليل حتى الآن على أن الكواكب العملاقة مسؤولة عن مراقبة أقراص الحطام. في حين أن البحث لم يحل بشكل مباشر سبب وجود كوكب عملاق قد يتسبب في تكوين أقراص الحطام ، يشير المؤلفون إلى أن نتائجهم متسقة مع التوقعات بأن أقراص الحطام هي نتاج كواكب عملاقة تثير وتتسبب في تصادمات الغبار.
وبعبارة أخرى ، فإنهم يعتقدون أن خطورة كوكب عملاق من شأنه أن يتسبب في اصطدام أعظم الكواكب ، وبالتالي منعهم من تكوين كواكب إضافية. وكما أوضح المؤلف المشارك في الدراسة ديميتري ماوت ، وهو أيضًا أحد كبار الباحثين في مختبر الدفع النفاث:
"من الممكن ألا نجد كواكب صغيرة في هذه الأنظمة لأنه في وقت مبكر ، دمرت هذه الأجسام الضخمة كتل البناء من الكواكب الصخرية ، وإرسالها إلى تحطيم بعضها البعض بسرعات عالية بدلاً من الجمع برفق. "
داخل النظام الشمسي ، تخلق الكواكب العملاقة أحزمة من الحطام من نوع ما. على سبيل المثال ، بين كوكب المريخ والمشتري ، لديك حزام الكويكبات الرئيسي ، بينما يقع خلف حزام نبتون حزام كويبر. تحتوي العديد من الأنظمة التي تم فحصها في هذه الدراسة أيضًا على حزامين ، على الرغم من أنها أصغر بكثير من أحزمة النظام الشمسي الخاصة - عمرها حوالي مليار سنة مقارنة بـ 4.5 مليار سنة.
أحد الأنظمة التي تم فحصها في الدراسة كان Beta Pictoris ، وهو نظام يحتوي على قرص حطام ومذنبات وكوكب خارجي مؤكد. تم تسمية هذا الكوكب باسم Beta Pictoris b ، الذي يحتوي على 7 كتل كوكب المشتري ومدارات النجم على مسافة 9 AUs - أي تسعة أضعاف المسافة بين الأرض والشمس. تم تصوير هذا النظام مباشرة من قبل علماء الفلك في الماضي باستخدام التلسكوبات الأرضية.
ومن المثير للاهتمام أن علماء الفلك تنبأوا بوجود هذا الكوكب الخارجي قبل أن يتم تأكيده ، بناءً على وجود وبنية قرص حطام النظام. نظام آخر تمت دراسته هو HR8799 ، وهو نظام به قرص حطام يحتوي على حزامي غبار بارزين. في هذه الأنواع من الأنظمة ، يتم استنتاج وجود المزيد من الكواكب العملاقة بناءً على الحاجة إلى الحفاظ على أحزمة الغبار هذه.
يُعتقد أن هذا هو الحال بالنسبة لنظامنا الشمسي ، حيث قامت الكواكب العملاقة منذ 4 مليارات سنة بتحويل مذنبات مارة نحو الشمس. أدى هذا إلى القصف الشديد المتأخر ، حيث تعرضت الكواكب الداخلية لتأثيرات لا حصر لها لا تزال مرئية حتى اليوم. يعتقد العلماء أيضًا أنه خلال هذه الفترة أنحرفت هجرات المشتري وزحل وأورانوس ونبتون الغبار والأجسام الصغيرة لتشكيل حزام كويبر وحزام الكويكبات.
ولاحظت الدكتورة مشكات وفريقها أيضًا أن الأنظمة التي فحصوها تحتوي على غبار أكثر بكثير من نظامنا الشمسي ، والذي يمكن أن يُعزى إلى اختلافاتهم في العمر. في حالة الأنظمة التي يبلغ عمرها حوالي مليار سنة ، يمكن أن يكون التواجد المتزايد للغبار ناتجًا عن أجسام صغيرة لم تتشكل بعد أجسامًا أكبر تتصادم. من هذا ، يمكن الاستدلال على أن نظامنا الشمسي كان أكثر غبارًا أيضًا.
ومع ذلك ، لاحظ المؤلفون أيضًا أن الأنظمة التي لاحظوها - التي تحتوي على كوكب عملاق واحد وقرص حطام - قد تحتوي على المزيد من الكواكب التي لم يتم اكتشافها بعد. في النهاية ، يقرون بالحاجة إلى مزيد من البيانات قبل اعتبار هذه النتائج حاسمة. ولكن في غضون ذلك ، يمكن أن تكون هذه الدراسة بمثابة دليل حول مكان وجود الكواكب الخارجية.
كما قال كارل ستابلفيلدت ، كبير العلماء في مكتب برنامج استكشاف الكواكب الخارجية التابع لوكالة ناسا ومؤلف مشارك في الدراسة:
"من خلال إظهار الفلكيين حيث تتمتع البعثات المستقبلية مثل تلسكوب جيمس ويب الفضائي التابع لناسا بأفضل فرصة للعثور على كواكب خارجية عملاقة ، يمهد هذا البحث الطريق للاكتشافات المستقبلية."
بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لهذه الدراسة أن تساعد في فهم فهمنا لكيفية تطور النظام الشمسي على مدى مليارات السنين. لبعض الوقت ، كان الفلكيون يناقشون ما إذا كانت الكواكب مثل المشتري هاجرت إلى مواقعها الحالية ، وكيف أثر ذلك على تطور النظام الشمسي. ولا يزال هناك جدل حول كيفية تشكل الحزام الرئيسي (أي فارغ بالكامل).
أخيرًا ، وليس آخرًا ، يمكنها إبلاغ الاستطلاعات المستقبلية ، مما يتيح لعلماء الفلك معرفة الأنظمة النجمية التي تتطور وفقًا لنفس الخطوط التي طورناها منذ مليارات السنين. أينما تحتوي أنظمة النجوم على أقراص حطام ، فإنها تستنتج وجود عملاق غاز ضخم بشكل خاص. وحيث يوجد قرص به حزامين غبار بارزين ، يمكن أن يستنتج أنه سيصبح أيضًا نظامًا يحتوي على العديد من الكواكب وحزامين.
